[发明专利]一种通过高温热处理提高BN纳米片增强铝基复合材料力学性能的方法

说明书

一种通过高温热处理提高BN纳米片增强铝基复合材料力学性能的方法，涉及一种铝基复合材料的高温热处理方法。本发明为了解决目前BN纳米片/铝基复合材料的界面结合较差的问题，进一步提高复合材料的力学性能。BN纳米片/铝基复合材料按照质量分数为0.1％‑10％和90％‑99.9％含铝粉末制成。热处理方法：一、称取BN纳米片和含铝粉末，BN纳米片的质量分数为0.1‑10.0wt.％；二、利用两步球磨对其进行混粉；三、利用SPS对其进行成型；四、将复合材料进行高温热处理，然后对其力学性能进行了测试，测试结果显示复合材料的力学较高温热处理前有明显提高。本发明适用于铝基复合材料领域。

技术领域

本发明涉及一种通过高温热处理提高BN纳米片增强铝基复合材料力学性能的方法。

背景技术

自从2004年石墨烯问世以来，以石墨烯为增强体的金属基复合材料得到了进一步的发。六方BN是石墨的等电子体，并且结构与之类似。因此，单层或少数层的六方BN纳米片具有很多类似于石墨烯的优良性质。例如良好的热传导性、优异的化学和热稳定性以及高的机械强度等。但是由于B-N键与C＝C键之间的差异(比如键的极性、电子离域等)，BN纳米片又具有一些不同于石墨烯的独特性质。例如，BN纳米片是绝缘体；具有很强的抗氧化性，在空气中的热稳定温度可达1000℃。六方BN纳米片作为二维片状，沿面内方向具有更大的导热率，且具有超高的径厚比和电绝缘性能。上述性能使得BN纳米片具有一定的潜力成为新型结构材料的增强体。

BN纳米片具有6GPa的抗拉强度，1TPa的弹性模量，且具有更好的化学和热稳定性，因此BN纳米片是理想的金属基复合材料的陶瓷增强相。目前国内外关于BN纳米片的研究主要集中在BN纳米片增强Al基复合材料，但是由于BN与Al基体之间的润湿性较差，如何改善界面结合是BN纳米片/Al基复合材料的主要研究方向。何春年等人利用原位生成AlN和AlB₂双相颗粒增强的铝基复合材料的制备方法，AlN与AlB₂的生成有利于改善界面结合，但是烧结温度为800-900℃，过高的温度会导致铝基体熔化，使得复合材料的致密度下降，复合材料的力学性能下降。

发明内容

本发明为了解决目前BN纳米片/铝基复合材料的界面结合差，导致复合材料的力学性能低的问题，而提供一种通过高温热处理提高BN纳米片增强铝基复合材料力学性能的方法。

本发明一种通过高温热处理提高BN纳米片增强铝基复合材料力学性能的方法，按照以下步骤进行：

一、称料:按照质量分数0.5-10.0％的BN纳米片和90.0-99.5％的含铝粉末；

二、混粉:利用两步球磨法对步骤一称取的BN纳米片和含铝粉末进行混粉，得到混合粉末；

三、成型:利用放电等离子烧结法对步骤二得到的混合粉末进行烧结成型，得到复合材料；

四、高温热处理:将步骤三得到的复合材料在400-660℃下进行保温，保温时间为12-36h，即得到BN纳米片增强铝基复合材料，完成该方法。

本发明的有益效果：

本发明利用两步球磨法对BN纳米片和铝粉进行球磨混粉，利用SPS法合成复合材料，对合成的复合材料在高温进行保温处理，进行高温保温处理后的复合材料具有更高的弯曲强度。

1、本发明方法制备的BN纳米片/铝基复合材料的增强体质量分数能在很大范围内变化(0.5％-10.0％)，可有多种选择。

2、本发明高温保温处理后的生成AlN可以改善界面结合，同时长时间适宜高温保温有利于Al与BN之间的界面进一步结合，形成更加紧密的界面结合。

3、本发明高温保温处理后复合材料具有良好的力学性能，3.0wt％BN纳米片/1060Al复合材料的弯曲强度可达到694MPa。

附图说明